Caracteristicile sistemelor de alimentare care utilizează DDIBP

Butsev I.V.
[e-mail protejat]

Caracteristici ale sistemelor de alimentare care utilizează surse de energie neîntreruptibilă dinamică diesel (DDIUPS)

În prezentarea următoare, autorul va încerca să evite clișeele de marketing și se va baza doar pe experiența practică. DDIBP-urile de la HITEC Power Protection vor fi descrise ca subiecți de testare.

Dispozitiv de instalare DDIBP

Dispozitivul DDIBP, din punct de vedere electromecanic, pare destul de simplu și previzibil.
Principala sursă de energie este un Motor Diesel (DE), cu putere suficientă, ținând cont de eficiența instalației, pentru alimentarea continuă pe termen lung a sarcinii. Prin urmare, acest lucru impune cerințe destul de stricte privind fiabilitatea, disponibilitatea de lansare și stabilitatea funcționării. Prin urmare, este complet logic să folosiți DD-uri de nave, pe care vânzătorul le revopsește din galben la propria culoare.

Ca convertor reversibil de energie mecanică în energie electrică și invers, instalația include un motor-generator cu o putere care depășește puterea nominală a instalației pentru a îmbunătăți, în primul rând, caracteristicile dinamice ale sursei de energie în timpul proceselor tranzitorii.

Deoarece producătorul susține alimentare neîntreruptibilă, instalația conține un element care menține puterea sarcinii în timpul tranzițiilor de la un mod de funcționare la altul. Un acumulator inerțial sau un cuplaj cu inducție servește acestui scop. Este un corp masiv care se rotește cu viteză mare și acumulează energie mecanică. Producătorul își descrie dispozitivul ca un motor asincron în interiorul unui motor asincron. Acestea. Există un stator, un rotor exterior și un rotor interior. Mai mult, rotorul extern este legat rigid de arborele comun al instalației și se rotește sincron cu arborele motorului-generator. Rotorul intern se rotește în plus față de cel extern și este de fapt un dispozitiv de stocare. Pentru a oferi putere și interacțiune între părțile individuale, se folosesc unități de perie cu inele colectoare.

Pentru a asigura transferul de energie mecanică de la motor către părțile rămase ale instalației, se folosește un ambreiaj de rulare.

Cea mai importantă parte a instalației este sistemul de control automat, care, prin analiza parametrilor de funcționare ai pieselor individuale, influențează controlul instalației în ansamblu.
De asemenea, cel mai important element al instalației este un reactor, un șoc trifazat cu robinet de înfășurare, conceput pentru a integra instalația în sistemul de alimentare și a permite comutarea relativ sigură între moduri, limitând curenții de egalizare.
Și, în sfârșit, subsisteme auxiliare, dar deloc secundare - ventilație, alimentare cu combustibil, răcire și evacuare a gazelor.

Moduri de funcționare ale instalației DDIBP

Cred că ar fi util să descriem diferitele stări ale unei instalații DDIBP:

• modul de operare OFF

Partea mecanică a instalației este nemișcată. Este alimentată cu energie sistemul de control, sistemul de preîncălzire al autovehiculului, sistemul de încărcare flotantă pentru bateriile de pornire și unitatea de ventilație cu recirculare. După preîncălzire, instalația este gata să înceapă.

• modul de operare START

Când este dată comanda START, pornește DD, care învârte rotorul extern al antrenamentului și motor-generatorul prin ambreiajul de rulare. Pe măsură ce motorul se încălzește, sistemul său de răcire este activat. După atingerea vitezei de funcționare, rotorul intern al unității începe să se rotească (încărcare). Procesul de încărcare a unui dispozitiv de stocare este judecat indirect de curentul pe care îl consumă. Acest proces durează 5-7 minute.

Dacă este disponibilă alimentarea externă, este nevoie de ceva timp pentru sincronizarea finală cu rețeaua externă și, când se atinge un grad suficient de înfază, instalația este conectată la aceasta.

DD reduce viteza de rotație și intră într-un ciclu de răcire, care durează aproximativ 10 minute, urmat de o oprire. Ambreiajul de rulare liberă se decuplează și rotația ulterioară a instalației este susținută de motor-generator, compensând în același timp pierderile din acumulator. Instalația este gata să alimenteze sarcina și comută în modul UPS.

În absența unei surse externe de alimentare, instalația este pregătită să alimenteze sarcina și propriile nevoi de la motor-generator și continuă să funcționeze în modul DIESEL.

• regim de functionare DIESEL

În acest mod, sursa de energie este DD. Motor-generatorul rotit de acesta alimentează sarcina. Motor-generatorul ca sursă de tensiune are un răspuns în frecvență pronunțat și are o inerție vizibilă, răspunzând cu întârziere la schimbările bruște ale mărimii sarcinii. Deoarece Producătorul completează instalațiile cu funcționarea DD marină în acest mod este limitat doar de rezervele de combustibil și de capacitatea de a menține regimul termic al instalației. În acest mod de funcționare, nivelul presiunii sonore în apropierea instalației depășește 105 dBA.

• Modul de operare UPS

În acest mod, sursa de energie este rețeaua externă. Motor-generatorul, conectat printr-un reactor atât la rețeaua externă, cât și la sarcină, funcționează în modul compensator sincron, compensând în anumite limite componenta reactivă a puterii sarcinii. În general, o instalație DDIBP conectată în serie la o rețea externă, prin definiție, își înrăutățește caracteristicile de sursă de tensiune, crescând impedanța internă echivalentă. În acest mod de funcționare, nivelul presiunii sonore în apropierea instalației este de aproximativ 100 dBA.

În cazul unor probleme cu rețeaua externă, unitatea este deconectată de la aceasta, se dă o comandă de pornire a motorului diesel și unitatea trece în modul DIESEL. Trebuie remarcat faptul că lansarea unui motor încălzit constant are loc fără sarcină până când viteza de rotație a arborelui motor depășește părțile rămase ale instalației odată cu închiderea ambreiajului de rulare. Timpul obișnuit pentru pornirea și atingerea vitezei de funcționare a DD este de 3-5 secunde.

• Modul de operare BYPASS

Dacă este necesar, de exemplu, în timpul întreținerii, puterea de sarcină poate fi transferată la linia de bypass direct din rețeaua externă. Trecerea la linia de bypass și înapoi are loc cu o suprapunere a timpului de răspuns al dispozitivelor de comutare, ceea ce vă permite să evitați chiar și o pierdere de energie pe termen scurt a sarcinii, deoarece Sistemul de control se străduiește să mențină în fază între tensiunea de ieșire a instalației DDIBP și rețeaua externă. În acest caz, modul de funcționare al instalației în sine nu se schimbă, adică. dacă DD a funcționat, atunci va continua să funcționeze sau instalația în sine a fost alimentată de la o rețea externă, atunci va continua.

• modul de operare STOP

Când este dată comanda STOP, puterea de sarcină este comutată pe linia de bypass, iar alimentarea cu energie a motorului-generator și a dispozitivului de stocare este întreruptă. Instalația continuă să se rotească prin inerție un timp și după oprire intră în modul OPRIT.

Schemele de conectare DDIBP și caracteristicile acestora

Instalare unică

Aceasta este cea mai simplă opțiune pentru utilizarea unui DDIBP independent. Instalația poate avea două ieșiri - NB (fără întrerupere, putere neîntreruptibilă) fără întreruperea alimentării și SB (paură scurtă, putere garantată) cu întrerupere de scurtă durată a puterii. Fiecare dintre ieșiri poate avea propriul bypass (vezi Fig. 1.).

Fig. 1

Ieșirea NB este de obicei conectată la o sarcină critică (IT, pompe de circulație frigorifică, aparate de aer condiționat de precizie), iar ieșirea SB este o sarcină pentru care o întrerupere pe termen scurt a alimentării cu energie nu este critică (răcitoare frigorifice). Pentru a evita o pierdere completă a alimentării la sarcina critică, comutarea ieșirii instalației și a circuitului de bypass se realizează cu suprapunere în timp, iar curenții circuitului sunt reduse la valori sigure datorită rezistenței complexe a piesei. a înfăşurării reactorului.

O atenție deosebită trebuie acordată sursei de alimentare de la DDIBP la sarcina neliniară, adică sarcină, care se caracterizează prin prezența unei cantități vizibile de armonici în compoziția spectrală a curentului consumat. Datorită particularităților de funcționare a generatorului sincron și a schemei de conectare, aceasta duce la o distorsiune a formei de undă a tensiunii la ieșirea instalației, precum și la prezența componentelor armonice ale curentului consumat atunci când instalația este alimentată de la o rețea externă de tensiune alternativă.

Mai jos sunt imagini ale formei (vezi Fig. 2) și analiza armonică a tensiunii de ieșire (vezi Fig. 3) atunci când este alimentată de la o rețea externă. Coeficientul de distorsiune armonică a depășit 10% cu o sarcină neliniară modestă sub forma unui convertor de frecvență. În același timp, instalația nu a trecut în modul diesel, ceea ce confirmă faptul că sistemul de control nu monitorizează un parametru atât de important precum coeficientul de distorsiune armonică a tensiunii de ieșire. Conform observațiilor, nivelul de distorsiune armonică nu depinde de puterea de sarcină, ci de raportul dintre puterile sarcinii neliniare și liniare, iar atunci când este testat pe o sarcină termică activă pură, forma tensiunii la ieșirea instalarea este foarte aproape de sinusoidală. Dar această situație este foarte departe de realitate, mai ales când vine vorba de alimentarea echipamentelor de inginerie care includ convertoare de frecvență și sarcini IT care au surse de alimentare în comutație care nu sunt întotdeauna echipate cu o corecție a factorului de putere (PFC).

Fig. 2

Fig. 3

În această diagramă și în cele ulterioare, sunt de remarcat trei circumstanțe:

• Conexiune galvanică între intrarea și ieșirea instalației.
• Dezechilibrul sarcinii de fază de la ieșire ajunge la intrare.
• Necesitatea unor măsuri suplimentare pentru reducerea armonicilor curentului de sarcină.
• Componentele armonice ale curentului de sarcină și distorsiunile cauzate de tranzitorii curg de la ieșire la intrare.

Circuit paralel

Pentru a îmbunătăți sistemul de alimentare cu energie, unitățile DDIBP pot fi conectate în paralel, conectând circuitele de intrare și ieșire ale unităților individuale. În același timp, este necesar să înțelegem că instalația își pierde independența și devine parte a sistemului atunci când sunt îndeplinite condițiile de sincronism și în fază; în fizică, acest lucru este menționat într-un singur cuvânt - coerență. Din punct de vedere practic, aceasta înseamnă că toate instalațiile incluse în sistem trebuie să funcționeze în același mod, adică, de exemplu, o opțiune cu funcționare parțială din DD, iar funcționarea parțială din rețeaua externă nu este acceptabilă. În acest caz, linia de bypass este creată comună întregului sistem (vezi Fig. 4).

Cu această schemă de conectare, există două moduri potențial periculoase:

• Conectarea celei de-a doua instalații și a următoarelor la magistrala de ieșire a sistemului, menținând în același timp condițiile de coerență.
• Deconectarea unei singure instalații de la magistrala de ieșire menținând în același timp condițiile de coerență până când comutatoarele de ieșire sunt deschise.

Fig. 4

O oprire de urgență a unei singure instalații poate duce la o situație în care aceasta începe să încetinească, dar dispozitivul de comutare a ieșirii nu s-a deschis încă. În acest caz, în scurt timp, diferența de fază dintre instalație și restul sistemului poate atinge valori de urgență, provocând un scurtcircuit.

De asemenea, trebuie să acordați atenție echilibrării sarcinii între instalațiile individuale. În echipamentul considerat aici, echilibrarea se realizează datorită sarcinii în scădere a generatorului. Datorită non-idealității și caracteristicilor neidentice ale instanțelor de instalare între instalații, distribuția este, de asemenea, neuniformă. În plus, la apropierea valorilor maxime de sarcină, distribuția începe să fie influențată de factori atât de aparent nesemnificativi precum lungimea liniilor conectate, punctele de conectare la rețeaua de distribuție a instalațiilor și sarcinilor, precum și calitatea (rezistența la tranziție). ) a conexiunilor în sine.

Trebuie să ne amintim întotdeauna că DDIBP-urile și dispozitivele de comutare sunt dispozitive electromecanice cu un moment semnificativ de inerție și timpi de întârziere vizibili ca răspuns la acțiunile de control din sistemul de control automat.

Circuit paralel cu conexiune de „medie” tensiune

În acest caz, generatorul este conectat la reactor printr-un transformator cu un raport de transformare adecvat. Astfel, reactorul și mașinile de comutare funcționează la un nivel de tensiune „medie”, iar generatorul funcționează la un nivel de 0.4 kV (vezi Fig. 5).

Fig. 5

În acest caz de utilizare, trebuie să acordați atenție naturii sarcinii finale și diagramei de conectare a acesteia. Acestea. dacă sarcina finală este conectată prin transformatoare coborâtoare, trebuie avut în vedere că conectarea transformatorului la rețeaua de alimentare este foarte probabil însoțită de un proces de inversare a magnetizării miezului, care, la rândul său, provoacă o creștere a consumului de curent și, în consecință, o scădere de tensiune (vezi Fig. 6).

Este posibil ca echipamentele sensibile să nu funcționeze corect în această situație.

Cel puțin lumina cu inerție scăzută clipește și convertizoarele de frecvență implicite ale motorului sunt repornite.

Fig. 6

Circuit cu o magistrală de ieșire „divizată”.

Pentru optimizarea numărului de instalații din sistemul de alimentare, producătorul propune utilizarea unei scheme cu magistrală de ieșire „split”, în care instalațiile sunt paralele atât la intrare, cât și la ieșire, fiecare instalație fiind conectată individual la mai mult de una. magistrala de iesire. În acest caz, numărul de linii de bypass trebuie să fie egal cu numărul de magistrale de ieșire (vezi Fig. 7).

Trebuie înțeles că magistralele de ieșire nu sunt independente și sunt conectate galvanic între ele prin dispozitivele de comutare ale fiecărei instalații.

Astfel, în ciuda asigurărilor producătorului, acest circuit reprezintă o singură sursă de alimentare cu redundanță internă, în cazul unui circuit paralel, având mai multe ieșiri interconectate galvanic.

Fig. 7

Aici, ca și în cazul precedent, este necesar să se acorde atenție nu numai echilibrării sarcinii între instalații, ci și între magistralele de ieșire.

De asemenea, unii clienți obiectează categoric la furnizarea de alimente „murdare”, adică. folosind un bypass la sarcină în orice mod de funcționare. Cu această abordare, de exemplu în centrele de date, o problemă (supraîncărcare) pe una dintre spițe duce la o prăbușire a sistemului cu o oprire completă a sarcinii utile.

Ciclul de viață al DDIBP și impactul acestuia asupra sistemului de alimentare cu energie în ansamblu

Nu trebuie să uităm că instalațiile DDIBP sunt dispozitive electromecanice care necesită atenție, cel puțin, atitudine respectuoasă și întreținere periodică.

Programul de întreținere include scoaterea din funcțiune, oprirea, curățarea, lubrifierea (o dată la șase luni), precum și încărcarea generatorului la o sarcină de probă (o dată pe an). De obicei, este nevoie de două zile lucrătoare pentru a întreține o instalație. Iar absența unui circuit special conceput pentru conectarea generatorului la sarcina de testare duce la necesitatea dezactivarii sarcinii utile.

De exemplu, să luăm un sistem redundant de 15 DDIUPS care funcționează în paralel conectat la tensiune „medie” la o magistrală dublă „divizată” în absența unui circuit dedicat pentru conectarea sarcinii de testare.

Cu astfel de date inițiale, pentru a întreține sistemul timp de 30(!) zile calendaristice în fiecare mod de două zile, va fi necesar să deconectați una dintre magistralele de ieșire pentru a conecta sarcina de testare. Astfel, disponibilitatea sursei de alimentare pentru sarcina utilă a uneia dintre magistralele de ieșire este - 0,959 și, de fapt, chiar 0,92.

În plus, revenirea la circuitul de alimentare cu sarcină utilă standard va necesita pornirea numărului necesar de transformatoare coborâtoare, care, la rândul lor, vor provoca scăderi multiple de tensiune în întregul (!) sistem asociat cu inversarea magnetizării transformatoarelor.

Recomandări pentru utilizarea DDIBP

Din cele de mai sus, se sugerează o concluzie deloc reconfortantă - la ieșirea sistemului de alimentare care utilizează un DDIBP, este prezentă o tensiune neîntreruptă de înaltă calitate (!) atunci când sunt îndeplinite toate următoarele condiții:

• Alimentarea externă nu are dezavantaje semnificative;
• Sarcina sistemului este constantă în timp, de natură activă și liniară (ultimele două caracteristici nu se aplică echipamentelor centrelor de date);
• Nu există distorsiuni în sistem cauzate de comutarea elementelor reactive.

Pe scurt, se pot formula următoarele recomandări:

• Separați sistemele de alimentare ale echipamentelor de inginerie și IT și împărțiți-le pe acestea din urmă în subsisteme pentru a minimiza influența reciprocă.
• Dedicați o rețea separată pentru a asigura capacitatea de a deservi o singură instalație cu capacitatea de a conecta o sarcină de testare exterioară cu o capacitate egală cu o singură instalație. Pregătiți șantierul și instalațiile de cablu pentru conectare în aceste scopuri.
• Monitorizați în mod constant echilibrul de sarcină între magistralele de alimentare, instalațiile individuale și faze.
• Evitați utilizarea transformatoarelor descendente conectate la ieșirea DDIBP.
• Testați și înregistrați cu atenție funcționarea dispozitivelor de automatizare și comutare a puterii pentru a colecta statistici.
• Pentru a verifica calitatea sursei de alimentare a sarcinii, testați instalațiile și sistemele folosind o sarcină neliniară.
• La întreținere, dezasamblați bateriile de pornire și testați-le individual, deoarece... În ciuda prezenței așa-numitelor egalizatoare și a unui panou de pornire de rezervă (RSP), din cauza unei baterii defectuoase, este posibil ca DD să nu pornească.
• Luați măsuri suplimentare pentru a minimiza armonicile curentului de sarcină.
• Documentați câmpurile sonore și termice ale instalațiilor, rezultatele testelor de vibrații pentru un răspuns rapid la primele manifestări ale diverselor tipuri de probleme mecanice.
• Evitați oprirea pe termen lung a instalațiilor, luați măsuri pentru distribuirea uniformă a resurselor motoarelor.
• Completați instalația cu senzori de vibrații pentru a preveni situațiile de urgență.
• Dacă câmpurile sonore și termice se modifică, apar vibrații sau mirosuri străine, scoateți imediat instalațiile din funcțiune pentru diagnosticare ulterioară.

PS Autorul ar fi recunoscător pentru feedback cu privire la subiectul articolului.

Sursa: www.habr.com